A iluminação é um elemento-chave em qualquer sistema de visão

É possível encontrar as câmaras de visão artificial num número crescente de sistemas de fabrico: a controlar processos, a classificar produtos ou a realizar inspeções de qualidade. Contudo, facilmente se ignora o importante papel que a iluminação desempenha ao ajudar estas câmaras a obter resultados precisos e repetíveis. “A iluminação é um elemento-chave em qualquer sistema de visão artificial”, declara o especialista em visão artificial da B&R, Andreas Waldl. É a iluminação que determina se a câmara vê o objeto a seguir e como o vê na realidade. Além da intensidade, do ângulo e do comprimento de onda do feixe, dois fatores que marcam a diferença são a sincronização precisa e o controlo inteligente.

Contudo, no mundo real, o potencial para a sincronização vê-se muito limitado. “Os sensores de visão, a iluminação, o controlo estroboscópico e o controlo da máquina provêm, cada um deles, de um fornecedor diferente”, explica Waldl. Sem um protocolo de comunicação comum, o intercâmbio de dados entre os dispositivos tem de passar através de entradas e saídas digitais.

Este conceito é propenso à introdução de uma grande variedade de atrasos e fontes de imprecisão. Sincronizar a luz estroboscópica para disparar exatamente no microssegundo em que a câmara abre a sua abertura, por exemplo, é simplesmente impossível. “Como engenheiros, tudo o que podemos fazer é prolongar a duração do impulso estroboscópico para garantir que está aceso enquanto a câmara capta as imagens”, afirma Waldl. Contudo, ao fazê-lo desta forma reduz-se drasticamente a duração da vida útil dos LED.

O engenheiro poderia compensá-lo ao reduzir a intensidade da luz, mas isso iria requerer uma exposição ainda mais prolongada. Em aplicações de controlo a alta velocidade, uma exposição mais longa pode ter como resultado imagens desfocadas. Outra opção seria amplificar o sinal do sensor. “Esta opção acrescenta ruído e diminui a qualidade da imagem capturada”, assinala Waldl. “Trata-se de um verdadeiro beco sem saída”.

Na solução de visão artificial da B&R, a câmara, o controlo estroboscópico e as luzes fazem parte do mesmo sistema. E isso apresenta inúmeras vantagens. Dado que o controlo de iluminação e o sistema de automatização estão sincronizados com uma precisão inferior a microssegundos, os impulsos de luz podem ser extremamente curtos. Desta forma, a vida útil dos LED é prolongada, ao mesmo tempo que se garantem imagens nítidas, inclusivamente dos objetos que se deslocam com maior rapidez. A cobertura de iluminação também é extremamente uniforme e altamente reproduzível. A qualidade aumenta em todos os âmbitos.

“O impulso estroboscópico extremamente curto permite que os LED funcionem até 300% da sua intensidade nominal”, assinala Waldl. Assim, a B&R pode conseguir um nível de intensidade que seria impossível de alcançar com a iluminação contínua convencional. Desta forma, conseguem-se tempos de exposição muito curtos e reduz-se o ruído, ao mesmo tempo que se permite que esta solução seja praticamente imune aos efeitos de outras fontes de luz.

“As máquinas encontram-se nas salas de produção, onde as condições de iluminação são difíceis e mudam ao longo do dia”, diz-nos Waldl, “pelo que a luz que provém de outras fontes de iluminação é uma fonte notória de problemas”. Ao eliminar este fator, é possível melhorar notavelmente a qualidade dos resultados da medição e da inspeção. O fabricante da máquina pode consegui-lo, quer seja fechando a máquina numa carcaça protetora de elevado volume e custo, ou então utilizando iluminação estroboscópica de alta intensidade.

Para que uma aplicação de visão artificial produza resultados consistentes, os objetos devem ser iluminados da forma mais uniforme possível. É possível consegui-lo através de luzes de design inteligente. Cada LED da solução da B&R dispõe de uma lente especial para garantir que a luz é irradiada uniformemente. A B&R calibra as luzes de fábrica, pelo que não é necessário realizar qualquer calibração manual nas instalações, nem durante a produção. As flutuações de temperatura e a passagem do tempo afetam a intensidade da luz gerada pelo LED, mas as luzes inteligentes da B&R compensam estes efeitos automaticamente.

“Uma solução de visão artificial que consegue realizar uma coisa específica realmente bem, simplesmente não é suficiente”, reforça Waldl. Na era da Indústria 4.0 e da IoT industrial, as alterações súbitas de produtos estão a converter-se num facto quotidiano, de forma que uma solução de visão deve ser capaz de se adaptar a este facto. A solução totalmente integrada da B&R adapta-se facilmente: todos os parâmetros podem ser guardados e recuperados à medida que vão sendo necessários.

A qualquer momento o utilizador pode ajustar a cor das luzes, a duração ou a distância focal dos impulsos estroboscópicos, o tempo de exposição da câmara ou o ângulo das barras de luz, simplesmente com a alteração da configuração do software. Utilizando os mesmos componentes de iluminação, é possível implementar tanto a iluminação de campo claro como a de campo escuro, com a mera seleção de alguns parâmetros diferentes.

“Muitos fabricantes de máquinas subestimam o potencial de utilizar flashes de diferentes cores”, assinala Waldl. A escolha da cor pode ajudar a realçar ou a ocultar características específicas do produto ou marcas de registo, por exemplo. É por isso que a B&R disponibiliza cada um dos seus produtos de iluminação, inclusivamente os LED integrados na câmara, com até quatro cores diferentes, incluindo a luz infravermelha e a ultravioleta.

Com LED de diferentes cores, é possível tirar várias fotografias de um produto sob diferentes condições de iluminação, para capturar uma grande variedade de características. E é possível tirá-las numa sequência tão rápida que só é necessária uma câmara.

Andreas Waldl, diretor de Produto - Visão Artificial Integrada da B&R.

“Certamente”, acrescenta Waldl, “configurar um sistema de visão artificial já não exige nenhum tipo de programação real no sentido tradicional”. A B&R desenvolveu componentes de software prontos a utilizar que permitem aos utilizadores configurar a sua aplicação com apenas arrastar e largar. Os componentes de software de visão artificial podem ser simplesmente associados a outros componentes que implementam elementos como o controlo de movimento, a gestão de utilizadores, a gestão de receitas e os sistemas de alarme. Por serem parte integrante da rede de máquinas, é possível realizar diagnósticos exaustivos em tempo real. A B&R reduziu drasticamente os custos gerais de desenvolvimento que a criação de uma aplicação de visão artificial implica.

A gama de produtos de iluminação da B&R inclui barras de luz flexíveis, sistemas de retroiluminação e luzes anelares. Dispõe-se de câmaras com até 64 LED integrados. Cada luz dispõe de um controlador estroboscópico integrado e pode até ter LED de quatro cores diferentes ao mesmo tempo. A seleção abrange desde o branco e várias cores visíveis, até ao infravermelho e ao ultravioleta. Desta forma, torna-se possível obter o contraste, a cor, a iluminação e a intensidade corretos para qualquer tipo de aplicações.

As barras de luz da B&R proporcionam um ajuste eletrónico de ângulo desde -40º até 90º. As barras de luz flexíveis estão disponíveis como luzes anelares pré-instaladas em grupos de quatro, seis ou oito. Integrados na rede da máquina através de um conector híbrido M12, que também fornece a potência necessária de 24 V CC, os sistemas de iluminação da B&R só necessitam de um único cabo. Uma segunda ligação híbrida permite uma cablagem em cadeia do tipo margarida com luzes ou câmaras adicionais.